視覚プロセスに関与するハエ脳細胞の活動を形式化することにより、科学者は生の視覚データからモーションパスを抽出する新しい方法を発見しました。
彼らはシステムを構築しましたが、研究者はそれがどのように機能するかをよく理解していません。 しかし、得られた式の神秘性にもかかわらず、戦闘用ミニチュア無人機、捜索救助ロボット、カーナビゲーションシステム、および計算能力が重要なその他のシステムのビジョンシステムのプログラミングに使用できます。
「私たちは、このシステムの要素がどのように相互作用するかを完全に理解しなくても、自然に触発されてうまく機能するシステムを作成できます。 オーストラリアのアデレード大学で昆虫の視力を研究している計算神経生理学者のデイビッド・オキャロル氏は、これは非線形システムだと述べた。 「計算の数は非常に少ないです。 「従来の方法を使用するよりも数万倍少ない浮動小数点計算を使用して結果を得ることができます。」
それらの中で最も有名なのは、 ルーカス・カナダ法です。これは、フレームごとに、目視観察の各ピクセルがどのように変化するかを比較することにより、シフトを左右に計算します。 多くの実験的な無人車両の制御に使用されますが、このようなブルートフォースには膨大な処理能力が必要であるため、この方法は小規模システムでは実用的ではありません。
小型飛行ロボットの製造を可能にするために、研究者は動きを処理するより簡単な方法を見つけたいと考えています。 そして、科学者は比較的少数のニューロンを使用して異常な器用さで操縦するハエに注目しました。 そして、10年以上にわたり、O'Carrollと他の研究者は、ハエの飛翔の光学パターンを慎重に研究し、その細胞活動を測定し、進化の結果を計算原理のセットに変えてきました。
科学計算生物学の公共図書館で金曜日に公開された文書で、オキャロルと彼の同僚のラッセル・ブリンクワースは、この方法を実際に適用した結果について語っています。
»ラップトップは少なくとも数十ワットの電力を使用します。 私たちが開発したことは、たった10分の1メガワットを消費するチップで行うことができます」とオキャロルは言いました。
研究者のアルゴリズムは、カメラからのデータが渡される一連の5つの式で構成されています。 各式は、ハエが明るさ、コントラスト、動きのレベルの変化を処理するために使用する手法であり、それらのパラメーターは入力内容に応じて絶えず変化しています。 Lucas-Canadaメソッドとは異なり、アルゴリズムは各ピクセルのフレームごとの比較を返しませんが、大規模な変更を強調します。 この意味で、それは、固体領域を無視するビデオ圧縮システムに似ています。
アルゴリズムをテストするために、O'CarrollとBrinkworthは、ロボットで実行可能なプログラムなどのプログラムを使用して、いくつかの高解像度のアニメーション画像を分析しました。 結果を入力と比較したところ、さまざまな自然光条件下で機能することがわかりました。これは通常、従来のモーション検出器では誤解を招くものでした。
「素晴らしい仕事です」と、メリーランド大学の航空宇宙技術者で、 O'Carrollのアルゴリズムの初期バージョンで動作する小型の自律飛行ロボットを構築しているSean Humbert氏は語りました。 従来のナビゲーションシステムに対応するには、デバイスは十分に大きなペイロードを搭載できる必要があります。 しかし、小型の飛行ロボットのペイロードは非常に小さく、わずか数ティックです。 Tic-tacsのペアにいくつかのデュアルコアを配置することはありません。 昆虫を使用するアルゴリズムは、私たちが設計したものに比べて非常にシンプルであり、小型車にとってはさらに簡単です。」
興味深いことに、いずれかの操作がスキップされた場合、アルゴリズムは同様に機能しません。 合計は全体よりも多く、O'CarrollとBrinkworthはその理由を知りません。 パラメーターは常にフィードバックされるため、非線形方程式のカスケードを生成します。これは、振り返って理解することは難しく、予測することはほとんど不可能です。
「私たちは昆虫のビジョンに触発され、実際の使用に適したモデルを構築しましたが、同時に、昆虫自体とほぼ同じくらい複雑なシステムを構築しました」とO'Carroll氏は言います。 「これは最も魅力的なものの1つです。 これにより、このシステムがどのように機能するかを完全に理解できるとは限りませんが、自然そのものがどのように正しく機能するかを理解することに近いでしょう。
研究者は、横方向視に関連する神経回路からアルゴリズムを取得しましたが、O'Carrollは、3次元空間で前後に移動するために生成されたものなど、他の光束を計算するために同様の式をおそらく使用できると考えています。